CN107886203A - 一种城轨交通负荷预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城轨交通负荷预测方法，包括以下步骤：(1)采集数据及设定边界条件；(2)列车质量换算，列车质量换算公式为：列车总重量×(1+回转质量系数)；(3)牵引用电负荷估算；(4)地铁牵引年用电量估算；(5)动力照明用电估算；(6)地铁总用电估算，即地铁总用电估算等于动力照明用电与地铁牵引年用电量之和。一种城轨交通负荷预测方法，可预测城市地下列车最大牵引力负荷和年用电情况，为更好地掌握地铁负荷的特点、分析其对电网的影响提供更准确的负荷、电量数据，同时对掌握地铁负荷特点、分析其对电网的影响起到了分析作用。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通负荷预测技术领域，尤其涉及一种城轨交通负荷预测方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，我国城市化趋势越来越明显，人类的交往越来越多，各大中型城市交通拥挤问题也越来越严峻，地铁作为一种交通工具随即兴起。到前，城市轨道交通己经成为解决各大中型城市公共交通拥堵矛盾的重要途径。城市轨道交通通常指地下铁路，狭义上专指在地底运行为主的城市铁路系统，是公共交通运输系统铁路化的产物。地铁具有运输能力强、速度快捷、安全可靠、准时方便、无污染等特点，是居民出行时首选的交通工具。同样，地铁作为现阶段城市最大的基础设施之一和交通系统的骨干，也是评估城市现代化程度的重要指标，对促进城市繁荣发展、实现城市经济可持续发展起到举足轻重的作用。由于地铁具有独特优势，各大城市纷纷投资建设，使得发展迅速。城市轨道交通运量大，在高峰小时内，地铁单向可运送3万～6万人，轻轨最大可运3万人；远远超过普通公交车辆的运力。此外，地铁平均运行时速为30-60km/h，最高可达100km/h，轻轨平均运行时速为18-40km/h，由于交通堵塞，普通公交的行车速度下降到10-13km/h，车辆人口密集的城市，普通公交的行车速度将会降至更低。由于地铁具有独特的优点，人们越来越认识到，地铁是解决城市交通问题的最佳交通运输工具。
随着我国地铁的快速发展，地铁牵引供电系统已经成为电力系统的重要用户之一，地铁负荷已经成为电力系统中特殊的重要负荷。目前，全国已有地铁线路的年用电量估计在亿度的等级，属于耗能较大的负荷，对于地区城市电网而言，这类负荷是不可忽略的。现阶段，地铁负荷呈现出移动性、时变性、非线性等特点。同时，地铁负荷还存在着一些特殊性：一方面地铁运行时，列车不断地起停、加速减速，使得地铁负荷随时间变化呈现出较大的波动性；另一方面，地铁牵引供电网络是一个交直流混合的网络系统。由于地铁负荷存在的这些特点及特殊性，会导致现有的方法始终无法准确的对地铁负荷进行准确的计算及预测。
发明内容
本发明要解决以上技术问题，提供一种城轨交通负荷预测方法，可预测城市地下列车最大牵引力负荷和年用电情况，为更好地掌握地铁负荷的特点、分析其对电网的影响提供更准确的负荷、电量数据。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种城轨交通负荷预测方法，包括以下步骤：
(1)采集数据及设定边界条件；
(2)列车质量换算，
列车质量换算公式为：列车总重量×(1+回转质量系数) ①
其中，列车总重量＝列车自重+列车载重；回转质量系数为0.1；
(3)牵引用电负荷估算，
牵引负荷最大平均需用功率Ptm(kW)按照以下公式计算：
其中，L：供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度，单位km；
H：髙峰小时列车开行对数，单位列；
V：列车旅行速度，单位km/h；
G：列车总重量，单位t；
U：直流牵引网电压，单位V；
N：列车编组数；
a：列车车辆吨公里用电量，单位kW.h/t.km，取0.065-0.12kW.h/t.km；
KV：电流转换系数，取值1.15-1.25；
tu：线路折返时间，为0.1h；
(4)地铁牵引年用电量估算，
全线牵引年用电量为：
Wkm＝△AGMTL ③
其中，L：供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度，单位km；
G：列车总重量，单位t；
M：从始发站每天发车总数往返，单位列；
T：一年天数365天；
△A：列车年平均单位能耗，单位kW.h/t.km；
(5)动力照明用电估算；
(6)地铁总用电估算，即地铁总用电估算等于动力照明用电与地铁牵引年用电量之和。
所述步骤(1)中采集数据包括以下数据：
①供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度；
②髙峰小时列车开行对数；
③列车旅行速度；
④列车总重量；
⑤直流牵引网电压；
⑥列车编组数；
⑦列车车辆吨公里用电量；
⑧电流转换系数；
⑨线路折返时间；
所述步骤(1)中设定边界条件为：
按照列车带有空调计算；
按照空载(AW0)、满座(AW1)、定员(AW2)和超员(AW3)分别计算，乘客平均重量61kg。
所述步骤(4)中动力照明用电计算公式为：各月∑(各类型车站平均用电×个数)。
本发明具有的优点和积极效果是：一种城轨交通负荷预测方法，可预测城市地下列车最大牵引力负荷和年用电情况，为更好地掌握地铁负荷的特点、分析其对电网的影响提供更准确的负荷、电量数据，同时对掌握地铁负荷特点、分析其对电网的影响起到了分析作用。
附图说明
图1是一种城轨交通负荷预测方法实施例中列车自重及载荷情况；
图2是一种城轨交通负荷预测方法实施例中牵引变电所间距；
图3是一种城轨交通负荷预测方法实施例中不同负载工况下的牵引高峰小时需用功率；
图4是一种城轨交通负荷预测方法实施例中初期、中期及后期全日行车计划；
图5是一种城轨交通负荷预测方法实施例中不同负载工况下的单位年用电量；
图6是一种城轨交通负荷预测方法实施例中不同负载工况下的年用电量；
图7是一种城轨交通负荷预测方法实施例中各类型车站的月均动力照明能耗；
图8是一种城轨交通负荷预测方法实施例中地铁动力照明用电情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1-8所示，一种城轨交通负荷预测方法，包括如下步骤：
(1)数据采集及边界条件：
采集有关地下列车的主要参数，包括车辆选型和系统设计运输能力相关指标。
具体包括：1供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度；
2髙峰小时列车开行对数；
3列车旅行速度；
4列车总重量；
5直流牵引网电压；
6列车编组数；
7列车车辆吨公里用电量，与车辆本身的用电特性、线路坡度、曲线半径、附加阻力和平均站间距等因素相关；
8电流转换系数，与列车带电运行时的电流波形有效系数有关；
9线路折返时间。
假定边界条件：按照列车带有空调计算；
按照空载(AW0)、满座(AW1)、定员(AW2)和超员(AW3)分别计算，乘客平均重量61kg；
(2)列车质量换算
列车总重量＝列车自重+列车载重；
列车换算质量公式＝列车总重量×(1+回转质量系数)。
根据《牵引计算规程》可知，电力机车的回转质量系数一般取0.06。对于地铁列车来说，由于站间距离较短，车辆起动频繁，可取为0.1。
(3)牵引用电负荷估算
列车牵引负荷与车辆选型和系统设计运输能力相关，在进行地铁牵引年用电负荷估算时，牵引负荷最大平均需用功率Ptm(kW)按照以下公式计算。
其中，L—供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度，单位km；
H—髙峰小时列车开行对数，单位列；
V—列车旅行速度，单位km/h；
G—列车总重量，单位t；
U—直流牵引网电压，单位V；
N—列车编组数；
a—列车车辆吨公里用电量，单位kW.h/t.km，与车辆本身的用电特性、线路坡度、曲线半径、附加阻力和平均站间距等因素相关，一般取0.065-0.12kW.h/t.km；
KV—电流转换系数，与列车带电运行时的电流波形有效系数有关，一般取值1.15-1.25；
tu—线路折返时间，估计为0.1h。
(4)地铁牵引年用电量估算
地铁用电负荷的特点是最大高峰小时发生在早高峰小时，与城市其他用户的用电高峰不重叠，故不会对城市电网造成太大的冲击。
己知地铁线路长度为L，全线牵引年用电量为：
Wkm＝△AGMTL
根据地铁设计规范，估算地铁牵引年用电量时，需要具备以下计算条件：
车流密度：N对/h；
列车编组：3-8节/列；
一列列车总重：G/t；
列车年平均单位能耗：△A，kW.h/t.km，这个指标是反映城市轨道交通能耗的大小，取值可参考既有线路运行经验测试积累得来的数据，关于VVVF车辆，一般取值为0.04-0.065kW.h/t.km；
从始发站天发车总数往返：M/列；
T为时间，一年天数365天。
该线牵引用电估算＝∑(不同工况用电×所占比例)。
(5)动力照明用电估算
城市轨道交通运行过程中主要消耗电能，基本不消耗其他形式的能源，主要消耗电能是电动客车的牵引用电和各种动力照明用电。
其中动力照明能耗包括通信、信号、自动售票机、自动扶梯、通风、空调、照明等设备耗电。
由于动力照明用电主要集中在车站内的电力消耗，其中通风空调、照明、扶梯、电梯等设施的用电量较大。用电量主要由车站及区间设备数量、容量、效率、运行方式等决定，同时也受到车站敷设方式、车站环控系统制式、季节、客运量和车站类型等因素的影响。封闭式的地下车站需要通风空调系统对温度、湿度进行实时控制，同时也需要更多的自动扶梯等实现流动人员的输送，故封闭式地下车站的动力照明用电量较大；而地上开式车站一般只需要通风系统，动力照明用电量较小。相比地铁牵引用电量，季节对动力照明的用电量影响更大，特别是地下车站。一般地铁线路，地下闭式屏蔽门系统车站空调月份的车站动力照明月用电量明显大于其他月份的车站动力照明月用电量，而地上开式车站的动力照明月用电量随着季节变化有一定的波动性，但是波动范围不大。
故车站类型分为4类：地上开式、地下开式、地下闭式、地下屏蔽式。
计算分为带有空调、不带有空调两种模式。
计算方法为：各月∑(各类型车站平均用电×个数)。
空调月暂定为5，非空调月暂定为7。
(6)地铁总用电估算
公式为：动力照明用电+地铁牵引年用电量。
下面以地下铁路初期运行为实施例进行负荷和电量估算。
(1)地铁延伸工程所用的A型车技术参数，采用1500V直流架空接触网供电，列车编组为6动2拖，最高运行速度为80km/h,全线的平均旅行速度为35km/h,单个牵引电机的功率为190kW，线路长50km，运行时间5:00～23:00。
(2)列车载荷情况如图1所示；
(3)该地铁线路沿线共设置27个变电所，各所间距如图2所示；
由图2可以得到牵引变电所的平均间距为1.85km，故根据公式估算牵引高峰小时需用功率时，取L＝1.85。
(4)列车在不同负载工况下的牵引高峰小时需用功率如图3所示；
线路长度是衡量地铁规模的大小的标准，由此可知，地铁线路的长短关系到地铁用电量情况。
(5)地铁牵引用电量估算
该线路全日运营时间为18小时。初、近、远期列车编组均采用A标准型车，6动2拖8辆编组配置。
初期、中期及后期全日行车计划如图4。牵引用电量如图5、图6所示。
(6)动力照明用电估算
图7为实施例中地铁各类型车站的月均动力照明能耗。
该线全部为地下线，共设29座车站。常见轨道交通环控系统主要有开式系统和地下屏蔽门系统。因此分别以地上开式和地下屏蔽式分别对地铁车站动力照明用电量进行计算。空调月为5、非空调月为7。
该地铁动力照明电量如图8所示。
(7)地铁总用电估算
根据实际调查空载(AW0)、满座(AW1)、定员(AW2)和超员(AW3)四种运行工况比例分别为3:2:2:3。
该线牵引用电估算＝∑(不同工况用电×所占比例)＝6542.28万kW.h；
该线均为地下屏蔽门系统，故地铁动力照明用电采用：6121.32万kW.h；
地铁总用电估算＝牵引用电估算+动力照明用电＝12663.6万kW.h。
一种城轨交通负荷预测方法，可预测城市地下列车最大牵引力负荷和年用电情况，为更好地掌握地铁负荷的特点、分析其对电网的影响提供更准确的负荷、电量数据，同时对掌握地铁负荷特点、分析其对电网的影响起到了分析作用。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种城轨交通负荷预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采集数据及设定边界条件；
(2)列车质量换算，
列车质量换算公式为：列车总重量×(1+回转质量系数)①
其中，列车总重量＝列车自重+列车载重；回转质量系数为0.1；
(3)牵引用电负荷估算，
牵引负荷最大平均需用功率Ptm(kW)按照以下公式计算：
其中，L：供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度，单位km；
H：髙峰小时列车开行对数，单位列；
V：列车旅行速度，单位km/h；
G：列车总重量，单位t；
U：直流牵引网电压，单位V；
N：列车编组数；
a：列车车辆吨公里用电量，单位kW.h/t.km，取0.065-0.12kW.h/t.km；
KV：电流转换系数，取值1.15-1.25；
tu：线路折返时间，为0.1h；
(4)地铁牵引年用电量估算，
全线牵引年用电量为：
Wkm＝ΔAGMTL ③
其中，L：供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度，单位km；
G：列车总重量，单位t；
M：从始发站每天发车总数往返，单位列；
T：一年天数365天；
ΔA：列车年平均单位能耗，单位kW.h/t.km；
(5)动力照明用电估算；
(6)地铁总用电估算，即地铁总用电估算等于动力照明用电与地铁牵引年用电量之和。
2.根据权利要求1所述的一种城轨交通负荷预测方法，其特征在于：所述步骤(1)中采集数据包括以下数据：
①供电距离或两座牵引变电所间距或者线路长度；
②髙峰小时列车开行对数；
③列车旅行速度；
④列车总重量；
⑤直流牵引网电压；
⑥列车编组数；
⑦列车车辆吨公里用电量；
⑧电流转换系数；
⑨线路折返时间；
所述步骤(1)中设定边界条件为：
按照列车带有空调计算；
按照空载(AW0)、满座(AW1)、定员(AW2)和超员(AW3)分别计算，乘客平均重量61kg。
3.根据权利要求2所述的一种城轨交通负荷预测方法，其特征在于：所述步骤(4)中动力照明用电计算公式为：各月∑(各类型车站平均用电×个数)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 300380 Huayuan Industrial Zone, Tianjin Binhai High-tech Zone, No. 6 Haitai West Road Applicant after: TIANDAQIUSHI ELECTRIC POWER HIGH TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 300380 Huayuan Industrial Zone, Binhai High-tech Zone, Jinnan District, Tianjin, No. 6 Haitai West Road Applicant before: TIANDAQIUSHI ELECTRIC POWER HIGH TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180406 |